2
STUDI SISTEM PENGENDALIAN KADAR OKSIGEN DI DALAM AIR PADA THERMAL DEAERATOR DI PABRIK KELAPA SAWIT MURINI SAM SAM-I
SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
UMMI FAHRINA 070801003
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
3
PERSETUJUAN
Judul
: STUDI PENGENDALIAN KADAR OKSIGEN DI DALAM AIR PADA DEAERATOR DI PABRIK KELAPA SAWIT MURINI SAM SAM I
Kategori
: SKRIPSI
Nama
: UMMI FAHRINA
Nomor Induk Mahasiswa
: 070801003
Program Studi
: SARJANA (S1) FISIKA
Departemen
: FISIKA
Fakultas
: MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUA ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Diluluskan di Medan,
Mei 2012
Diketahui/Disetujui oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,
Dr. Marhaposan Situmorang NIP 195510301980031003
Pembimbing-I
Dr. Mester Sitepu, M.Sc, M.Phill NIP. 195503161982031002
Pembimbing-II
Dr. Susilawati, S.Si., M.Si. NIP.197412072000122001
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
4
PERNYATAAN
STUDI SISTEM PENGENDALIAN KADAR OKSIGEN DI DALAM AIR PADA THERMAL DEAERATOR DI PKS MURINI SAM SAM-I
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan,
Mei 2012
UMMI FAHRINA 070801003
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
5
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang Maha Pemurah lagi Maha Penyayang yang telah memberikan Rahmat, Karunia dan Bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan waktu yang ditetapkan. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Dr. Mester Sitepu, M.Sc, M.Phil,
dan Dra. Susilawati M.Sc, selaku dosen pembimbing I dan II dalam
menyelesaikan skripsi ini yang telah memberikan panduan dan arahan kepada saya untuk penyempurnaan skripsi ini, selanjutnya ucapan terima kasih penulis ucapkan kepada PT. MURINI SAM SAM-I yaitu Bapak Alimin sitohang selaku manager dan Bapak Andre selaku pembimbing di lapangan yang telah memberikan bimbingan, waktu dan tenaga kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini. Ucapan terima kasih juga diberikan kepada Dr. Kerista Tarigan, M.Eng.Sc, Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc, dan Dr. Marhaposan situmorang, selaku dosen pembanding yang telah banyak memberikan saran dan masukan dalam penyempurnaan skripsi ini dan juga kepada Ketua
dan Sekretaris Jurusan Departemen Fisika Dr. Marhaposan Situmorang dan Dra. Justinon. MSi, Dekan FMIPA USU Dr. Sutarman,Msc serta semua Staf Pengajar dan Pegawai Departemen Fisika FMIPA USU. Tidak lupa pula penulis ucapkan terima kasih kepada teman-teman dan semua mahasiswa Fisika khususnya stambuk 2007, yaitu Oki Handinata, Moraida Hasanah, Angel Pratiwi, Rusdalena, Ichsan, Hilman, Julia Fadilla, Suci Ramadhani, Juli Harni, Eva Suraya, Eva rosdiyanti, Irhan Hanim, Rahma, Siska Futri Nst, Ismatul Husna, Juriah semangat, syifa, Prisca, Lokita, Jandri, Jhon Dalton, Ita, Maria Irma, serta Junior dan senior yang telah membantu saya( Bang Hendri Yogi, Andy syahreza dan Gilang Perkasa Rizki ) yang selalu memotivasi penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
6
Akhirnya tidak pernah terlupakan tanda bakti kami kepada Ayahanda (Drs. Amir Faisal) dan Ibunda (Rosnizar) yang telah memberikan dukungan baik materil maupun moril selama mengikuti perkuliahan, dan kepada kakak-kakak(Nisa Amalia dan Fitri Fadia) dan juga adik-adik tercinta (Hani Fahdina dan Habib Hammadi) yang selalu mendoakan dan mendukung saya, dan akhirnya kepada seluruh keluarga besar Embah di Duri yang mau menerima saya di rumahnya dan keluarga besar di Perawang (Yayuk, Bang Supri, Bang Bambang, Bang Manto, bang Dedi, kak Hapni dll) yang dengan setia dan sabar mengantarkan saya ke Duri. Dan juga kepada kedua orang tua Moraida hasanah dan Angel Pratiwi yang turut serta membantu saya dalam menyelesaikan skripsi ini dan mereka tidak dapat disebutkan satu persatu, penulis ucapkan terima kasih. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan skripsi ini.
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
7
STUDI SISTEM PENGENDALIAN KADAR OKSIGEN DI DALAM AIR PADA THERMAL DEAERATOR DI PABRIK KELAPA SAWIT MURINI SAM SAM-I ABSTRAK
Penelitian tentang sistem pengendalian Thermal Deaerator dengan menentukan seberapa besar Temperatur dan Tekanan yang bisa dikontrol untuk menghilangkan kadar oksigen di dalam air. Penelitian dilakukan dipabrik kelapa sawit (PKS) Murini Sam Sam 1 Duri, Riau. Pada proses pengendalian ini digunakan metode PI dan RouthHurwitz. Hasil yang didapat dengan menggunakan metode PI yaitu nilai Kc = 0,4 dan PB= 250% lebih stabil dibandingkan yang lainny. Metode Routh-Hurwitz yaitu nilai Routhnya (S4 = 0.04 ; 0.18; 0,000012); (S3= 0.4; 0.003; 0); (S2= 0.18; 0.000012; 0); (S1= 0.032; 0; 0); (S0 = 0.000012; 0; 0) dan Hurwitznya (0.4; 0.072; 0.000213), karena bernilai positif maka dapat dikatakan stabil sama pada karakteristik yang ada pada Routh-Hurwitz.
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
8
STUDY OF OXYGEN CONTROL SYSTEM IN WATER AT THERMAL DEAERATOR AT PALM OIL FACTORY MURINI SAM SAM-I ABSTRACT
Research about control system at thermal Deaerator with make how many temperature and Pressure can controlled to lose standart oxygen in water. The Research do in Palm oil factory Murini Sam Sam 1 Duri, Riau. At the Process control is used PI and RouthHurwitz method. The result can gotten by use PI method are value of Kc= 0.4 and PB= 250%, more stabil than others. For Routh-Hurwitz method are value of Routh (S4 = 0.04 ; 0.18; 0,000012); (S3= 0.4; 0.003; 0); (S2= 0.18; 0.000012; 0); (S1= 0.032; 0; 0); (S0 = 0.000012; 0; 0) and Hurwitz (0.4; 0.072; 0.000213), because positive value can be said stabil same at characteristic at Routh-Hurwitz.
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
9
DAFTAR ISI
Halaman Persetujuan
iii
Pernyataan
iv
Penghargaan
v
Abstract
vii
Daftar Isi
ix
Daftar Tabel
x
Daftar Gambar
xi
Bab 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang
1
1.2 Permasalahan 1.2.1 Identifikasi Masalah
2
1.2.2 Batasan Masalah
3
1.3Tujuan Penelitian
3
1.4 Manfaat Penelitian
4
1.5 Tempat Penelitian
4
1.6 Sistematika Penulisan
4
Bab 2 Tinjauan Pustaka 2.1 Teori Dasar Sistem Pengendalian
6
2.1.1 Istilah dan Elemen dalam Sistem Pengendalian
7
2.1.2 Prinsip Prinsip Sistem Pengendalian
10
2.1.3 Pengelompokan Sistem Pengendalian
11
2.1.4 Mode Pengendalian pada Industri
14
2.2 Model Matematik Sistem Dinamik
15
2.3 Model Matematik Sistem Fisik
16
2.3.1 Transformasi Laplace
16
2.3.2 Fungsi Alih
17
2.3.3 Digram Blok
18
2.4 Analisis Kestabilan Sistem
20
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
10
2.4.1 Kriteria Kestabilan Routh
21
2.4.2 Kriteria Kestabilan Hurwitz
23
2.5 Hukum Termodinamika
26
2.6 Thermal Deaerator
28
2.6.1 Data Teknis Deaerator
31
2.62 Jenis-jenis Deaerator
32
Bab 3 Sistem Pengendalian Temperatur dan Tekanan pada Deaerator 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
37
3.1.1 Waktu Penelitian
37
3.1.2 Tempat penelitian
37
3.2 Proses Pengendalian Kadar Oksigen
38
3.2.1 Pemodelan dan Perancangan sistem Deaerator
38
3.2.2 Pengendali (Controller)
40
3.2.3 Transmitter
42
3.2.3.1 Tekanan Transmitter
42
3.2.3.2 Temperatur Transmitter
43
3.2.4 Control Valve
44
3.2.5 Penurunan Persamaan Gas Ideal Untuk Proses
45
3.3 Metode yang digunakan `
37
46
3.3.1 PI
46
3.3.2 Metode Routh-Hurwitz
46
3.3.3 Uji Kestabilan dengan Respon Frekuensi
47
3.4 Perancangan Program
47
3.5 Diagram Alir
47
Bab 4 Data dan Analisa Data 4.1 Data
49
4.1.1 Data Controller
49
4.1.2 Data Transmitter
50
4.1.3 Data Temperatur dan Tekanan Stork tank
50
4.1.4 Data Steam
50
4.1.5 Data Control valve
50
4.2 Fungsi Alih Sistem Pengendalian Temperatur
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
11
dan Tekanan Air pada Deaerator
51
4.3 Analisis Kestabilan Sistem Pengendalian Temperatur dan Tekanan pada Deaerator
57
4.3.1 Metode Kestabilan Routh
57
4.3.2 Metode Kestabilan Hurwitz
60
4.3.3 Uji Respon Kestabilan sistem pengendalian dengan metode frekuensi
62
Bab 5 Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan
73
5.2 Saran
74
Daftar Pustaka
75
Lampiran
76
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
12
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 4.1 Data dari Controller
49
Tabel 4.2 Data dari Transmitter
49
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
13
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1
Pengendalian Level didalam Tangki oleh Manusia
10
Gambar 2.2
Sistem Pengendalian Loop Terbuka
12
Gambar 2.3
Sistem Pengendalian Loop Tertutup
13
Gambar 2.4
Sistem Pengendalian Bertingkat
13
Gambar 2.5
Diagram Blok
19
Gambar 2.6
Diagram Blok Sistem Pengendalian Loop Tertutup
19
Gambar 2.7
Sistem Pengendalian Loop Tertutup dengan Umpan Balik H(s) 20
Gambar 2.8
Contoh Grafik Kestabilan Sistem
25
Gambar 2.9
Deaerator dan bagian-bagiannya
31
Gambar 2.10
Deaerator Spray
32
Gambar 2.11
Deaerator vakum
33
Gambar 2.12
Deaerator tray
34
Gambar 2.13
Control Valve
35
Gambar 3.1
Diagram proses Deaerator Tempertur dan Pressure
38
Gambar 3.2
Diagram Blok Sistem Pengendalian Temperatur dan tekanan
39
Gambar 3.3
Diagram Blok Sistem Transmisi Pnumatik
42
Gambar 3.4
Blok Tekanan Transmitter dengan gain
43
Gambar 3.5
Blok Temperatur Transmitter dengan gain
44
Gambar 3.6
Blok Control valve dengan gain
44
Gambar 4.1
Diagram Blok Temperatur Controller
51
Gambar 4.2
Diagram Blok Pressure Controller
52
Gambar 4.3
Diagram Blok Gangguan
53
Gambar 4.4
Diagram Blok Proses
54
Gambar 4.5
Diagram Blok Control valve
55
Gambar 4.6
Diagram Blok Fungsi Alih Sistem Kendali
56
Gambar 4.7
Diagram Blok Fungsi Alih dengan nilai Parameternya
56
Gambar 4.8
Diagram Blok dengan Kc = 2
63
Gambar 4.9
Grafik simulasi sistem kendali tekanan dan
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
14
Temperatur dengan nilai Kc = 2
64
Gambar 4.10
Diagram Blok dengan Kc = 1
65
Gambar 4.11
Grafik simulasi sistem kendali tekanan dan Temperatur dengan nilai Kc = 1
66
Gambar 4.12
Diagram Blok dengan Kc = 0.66
67
Gambar 4.13
Grafik simulasi sistem kendali tekanan dan temperatur dengan nilai Kc 0.66
68
Gambar 4.14
Diagram Blok dengan nilai Kc = 0.5
69
Gambar 4.15
Grafik simulasi sistem kendali tekanan dan temperatur dengan nilai Kc = 0.5
70
Gambar 4.16
Diagram Blok dengan Kc = 0.4
71
Gambar 4.17
Grafik simulasi sistem kendali tekanan dan temperatur dengan nilai Kc = 0.4
72
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
